Бионика- наука о природе и деятельности человека

Работа ученицы 3Б класса

МБОУ СОШ №28 г.Пятигорска,

Шевкопляс Арины.

Руководитель:

Ковалевская Татьяна Михайловна

Описание работы: исследовательская работа посвящена изучению нового направления в науке. Затронуты теоретические основы темы низкой смачиваемости поверхности листьев растений, подтвержденные приведенным опытом. Представлены примеры практического использования «эффекта лотоса»  в жизни людей.

Цель: поиск, сбор и обработка информации  о новом научно- техническом направлении в науке - бионика.

Задачи:

1. Познакомиться с понятием «бионика» , научными статьями и материалами по данной теме.
2. Провести исследование «эффекта лотоса» на примере капустного листа.
3. Сделать выводы по результатам наблюдений.

Содержание

Введение.

Наука « Бионика» в нашей жизни.

Исследование «эффекта лотоса». Поверхности листьев растений: сюрпризы природы.

Заключение.

Список литературы.

        Сегодня на планете практически не осталось ни одного уголка, которого бы ни коснулись исследования ученых. Знания касаются разных областей жизни и проявляются в самых разнообразных формах.

За миллионы лет существования у живых организмов развивалось бесчисленное количество разнообразных приспособлений, благодаря которым они выжили. Чудеса природы не перестают нас удивлять. Использование идей из животного мира в качестве образца для создания новых технологий – поистине блестящая идея. Воплощением этих идей в жизнь и занимается наука бионика.

Термин «бионика» включает в себя два понятия – «биология» и «техника». Поэтому можно сказать, что бионика – это изучение живой природы с целью улучшения техники.

Широкой общественности эта наука стала известна лишь недавно. Сегодня инженеры и ученые целенаправленно занимаются исследованиями свойств, функций и структур живых организмов для их применения в технических устройствах и системах.

Мы каждый день пользуемся предметами, сконструированными по природным образцам, однако подчас даже не подозреваем об этом.

В 1919 году австрийский ботаник Рауль Франсе задумался над тем, как равномерно распределить по поверхности мелкие частицы.  Образцом стала семенная коробочка мака. Дело в том, что в ней множество отверстий. Поэтому, когда ветер раскачивает коробочку, семена равномерно высыпаются и рассеиваются. Так изобрели солонку.  

   Догадайся, какое растение послужило образцом для создания застежки «липучки». Конечно же, это репей. Швейцарский инженер Георг де Местраль рассмотрел репей под микроскопом и обнаружил гибкие и прочные крючки, с помощью которых растение цеплялось за шерсть животных. С 1951 года в одежде стали использовать застежку, у которой с одной стороны находятся крючки, а  с другой – петли.

Прежде чем применить природный принцип в технике, ученые изучают его - описывают с помощью математических, физических или химических формул.

Все знают, что автомобилю не обойтись без шин. Но не все задумывались, какие  задачи они должны  выполнять. При обычной езде - способствовать наименьшему сопротивлению, чтобы снизить расход топлива автомобиля, а при торможении – основную силу переносить на землю. Для разрешения этих задач инженеры взяли за основу кошачью лапу. Подушечки лап кошки при беге сужаются. При прыжке они расширяются.

Подводная часть судна довольно быстро обрастает моллюсками, водорослями и ракушками. Этот нарост увеличивает сопротивление в воде и соответственно расход топлива, что ведет к уменьшению скорости. Поэтому возникла необходимость предотвращения таких поселений. Ученые выяснили, что в коже акул содержится особое средство, поэтому на их грубой коже не могут удержаться маленькие поселенцы. Бионики создали искусственное покрытие с эффектом «акульей кожи».

Люди всегда мечтали летать как птицы. Но открыть секрет возникновения «полета» удалось только в 20 веке.

Дело в том, что любой объект на Земле испытывает на себе действие силы тяжести, которая в полете преодолевается с помощью подъемной силы. Она зависит от скорости воздушного потока и от формы крыла. Большинство современных пассажирских самолетов имеют одинарное или двойное крыло, похожее на крыло аиста или коршуна.

В ходе изучения литературы я узнала об открытии немецкого ботаника Вильгельма Бартлотта «эффекта лотоса». Он предположил, что особая микроструктура поверхности листьев лотоса позволяет им оставаться сухими и чистыми.

Поверхность листа лотоса содержит своеобразные шипы очень малого размера, состоящие из особых веществ (воска и др.). Благодаря такому удивительному строению поверхности вода, попадающая на листья, не растекается, а «садится» на шипы в виде шарообразных капель. Тем самым обеспечивается существенное снижение площади контакта жидкости с поверхностью листа. В итоге при малейшем наклоне вода скатывается с листа, захватывая при этом частички пыли и грязи. Удивительно, но даже если погрузить лист лотоса в замутнённую воду, а затем вынуть, он останется без единого пятнышка.
          На основе этого явления были разработаны нанопокрытия. В густонаселенных современных сажа из выхлопных труб авто и фабричных труб, промышленная и бытовая пыль оседает на стенах зданий создавая прекрасную питательную среду для микроводорослей и плесени. Мы видим грязные полосы и потеки, нарушения цвета, разрушение покрытий. Избежать этого помогают фасадные краски с лотос–эффектом. Выйти сухим из воды раньше было невозможно. Взяв за образец природные водоотталкивающие поверхности, исследователи создали материалы, практически не смачиваемые водой.  Так придумали защиту одежды и обуви от воды, защиту металлов в условиях влажной атмосферы.

За биологическим процессом скрываются законы природы, которые можно исследовать в ходе экспериментов. «Учиться у природы» – под этим девизом я решила провести свой эксперимент.

Инструменты и материалы: стекло, пипетка, вода, стакан, мука, лист капусты (можно взять лист тюльпана). Лупа поможет лучше рассмотреть капли воды, но этот эффект можно наблюдать и невооруженным глазом.

Описание.

1. Исследуем форму капли. Накапала воду на стекло и лист капусты. Какую форму приобрели капли воды?

Вывод: капли воды на листе капусты образует более сферическую форму, чем капля воды на стекле, т. к имеет большее соприкосновение с поверхностью, чем на листе капусты.

 2) Процесс стекания воды. Накапала воду на стекло и лист капусты. Наклонила стеклышко и лист капусты. Как вода стекает с листа, со стекла?

Вывод: сферические капельки воды стекают с листа, не оставляя следов, а на стекле капля оставляет след на поверхности.

          3) Вода по отношению к частицам пыли: Распылила муку по листу растения, затем капнула на него воду и попробовала смыть муку.

       Вывод: капля воды стекла с поверхности стеклышка, не смывая муки, а поверхность капустного листа осталась чистой.

Наблюдения: капля воды может принимать разнообразные формы на поверхностях. На стекле она почти плоская. Если опрокинуть стекло, капля растечется и оставит водный след. Если стеклышко покрыто пылью, капля воды накроет эти частицы.

На поверхности капустного  листа вода образует сферические капельки – бусинки. Лист самоочищающийся.

Мы живем в удивительное время: то, что вчера казалось мечтой, сегодня становится реальностью. В нашей жизни происходят изменения, которые мы не можем предвидеть и к которым мы бываем совсем не готовы. Кто знает, какие  наблюдения и опыты будут проводиться в будущем? По крайней мере, каждый из нас должен задуматься о том, каким будет его будущее и чего он сам хочет достичь.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кете, Райнер и Зайлер, Зигне. Человек. – М.: ООО «ТД «Издательство Мир книги», 2008. – 48с.
2. Мюллер, Фальк. Науки. - М.: ООО «ТД «Издательство Мир книги», 2010. – 48с.
3. Цойх, Мартин. Бионика. М.: ООО «ТД «Издательство Мир книги», 2007. – 48с.